Question

4．如图所示的实验装置可用来测定含两种元素的某种气体X的分子式．在注射器A中装有240mL气体X并慢慢通过不含空气并装有红热的氧化铜的玻璃管B，使之完全反应，得到以下实验结果：实验前B管重20.32g，实验后B管重20.00g，B管中的黑色粉末变成红色粉末．在C管中收集到的无色液体是水；在注射器D中收集到的气体是氮气．试回答下列问题：
（1）X气体是由N和H元素组成的．
（2）若240mL X气体完全反应后，收集到的氮气质量是0.28g．根据实验时的温度和压强计算1mol X气体的体积是24 000mL，则X的摩尔质量是32．
（3）通过计算，确定X的分子式为N₂H₄．
（4）请写出在玻璃管B中发生的化学反应方程式2CuO+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+2H₂O+N₂．

Answer 1

分析 （1）由题目信息可知，C管中收集到水，D中收集到N₂，说明气体X与氧化铜反应有氮气、水生成，气体x只含有两种元素，根据元素守恒可知，气体X含有N、H元素；
（2）1molX的气体的体积是24000mL，故240mLX气体的物质的量为0.01mol，反应收集到氮气的质量是0.28g，物质的量为0.01mol．B管中CuO含O：20.32 g-20.00 g=0.32 g，物质的量为0.02mol，故生成的水中H元素的质量为0.04mol×1g/mol=0.04g，所以气体X的质量为0.28g+0.04g=0.32g，再根据摩尔质量等于计算气体X的摩尔质量；
（3）根据（2）中可知气体X的物质的量，含有的N、H原子的物质的量，据此书写气体X的分子式；
（4）由题目信息可知，B管中的黑色粉末变成红色粉末，说明反应生成Cu，C管中收集到水，D中收集到N₂，说明气体X与氧化铜反应有氮气、水生成，故气体X与氧化铜反应生成铜、氮气与水．

解答 解：（1）由题目信息可知，C管中收集到水，D中收集到N₂，说明气体X与氧化铜反应有氮气、水生成，气体x只含有两种元素，根据元素守恒可知，气体X含有N、H元素，
故答案为：N；H；
（2）1molX的气体的体积是24000mL，故240mLX气体的物质的量为$\frac{240mL}{24000mL}$×1mol=0.01mol，反应收集到氮气的质量是0.28g，物质的量为$\frac{0.28g}{28g/mol}$=0.01mol．B管中CuO含O：20.32 g-20.00 g=0.32 g，物质的量为$\frac{0.32g}{16g/mol}$=0.02mol，n（H₂O）=0.02mol，故生成的水中H元素的质量为0.02 mol×2×1g/mol=0.04g，所以气体X的质量为0.28g+0.04g=0.32g，故气体X的摩尔质量为$\frac{0.32g}{0.01mol}$=32g/mol，
故答案为：32；
（3）根据（2）中可知n（X）=0.01 mol，n（N）=0.01mol×2=0.02mol，n（H）=0.02 mol×2=0.04mol，因此n（X）：n（N）：n（H）=0.01 mol：0.02 mol：0.04mol=1：2：4，所以X的化学式为N₂H₄，
故答案为：N₂H₄；
（4）由题目信息可知，B管中的黑色粉末变成红色粉末，说明反应生成Cu，C管中收集到水，D中收集到N₂，说明气体X与氧化铜反应有氮气、水生成，故气体X与氧化铜反应生成铜、氮气与水，反应方程式为2CuO+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+2H₂O+N₂，
故答案为：2CuO+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+2H₂O+N₂．

点评 本题考查物质组成的推断等，是计算型推断，难度不大，利用质量守恒进行推断是解题的关键，本题注重基础知识和基本能力的考查．